CN106894915A - 一种变截面发动机机体缝合螺栓结构及其装配工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变截面发动机机体缝合螺栓结构，包括螺栓锁紧套、变截面螺杆、上曲轴箱和下曲轴箱。所述螺栓锁紧套上有内六方螺帽、同上曲轴箱相装配的光轴和螺纹盲孔，所述变截面螺杆上有上外螺纹、下外螺纹、小直径光杆、大直径光杆、装夹面、过渡圆弧和过渡圆角，所述上曲轴箱上有变截面通孔，所述下曲轴箱上有螺纹盲孔；所述变截面螺杆通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱上，所述上曲轴箱安装在下曲轴箱上使变截面螺杆放置在上曲轴箱的通孔中，所述螺栓锁紧套装配在上曲轴箱的通孔中并同变截面螺杆通过螺纹旋紧。该发明能在满足机体结构布置的前提下，显著提高机体的可靠性。

Description

一种变截面发动机机体缝合螺栓结构及其装配工艺
技术领域
本发明属于发动机结构设计领域，具体涉及一种变截面发动机机体缝合螺栓结构。
背景技术
机体是柴油发动机的骨架，其主要功能是支撑发动机的运动件，并形成水道与油道，保证发动机冷却与润滑的需要。机体还是发动机各种附件安装的主要载体，同时作为发动机在车体上安装的支座。柴油发动机机体主要由上曲轴箱、下曲轴箱、机体缝合螺栓、主轴瓦、喷油泵传动衬套等零部件组成。
柴油发动机机体主要通过缝合螺栓实现上曲轴箱与下曲轴箱的连接，机体缝合螺栓是发动机的关键零部件。机体缝合螺栓的可靠性不仅直接影响着机体的可靠性，而且还会影响到柴油机的冷却与润滑性能。机体缝合螺栓随发动机在使用过程中一旦发生故障，将导致机体与气缸盖传动端结合面漏油、上下曲轴箱结合面漏油等故障，严重时还会引发其他更大的故障。
由于受柴油发动机机体结构的限制，用于连接发动机上下曲轴箱的机体缝合螺栓通常只能采用细长的高强化螺栓。机体缝合螺栓虽然拉伸强度较大，但是由于发动机在工作过程中会产生振动载荷，当机体缝合螺栓在安装状态下的某一阶振动固有频率等于或接近发动机机体缝合部位的振动激励频率时，机体缝合螺栓便会产生共振，进而引发振动疲劳断裂。
因此，针对柴油机发动机机体的结构特点，通过合理设计机体螺栓缝合结构，有效避免机体缝合螺栓在安装状态下发生由共振导致的振动疲劳断裂，是提高发动机机体结构可靠性的关键。
发明内容
本发明提出一种变截面发动机机体缝合螺栓结构，由螺栓锁紧套、变截面螺杆、上曲轴箱和下曲轴箱装配而成。将变截面螺杆通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱上，接着将上曲轴箱安装在下曲轴箱上并使变截面螺杆放置在上曲轴箱的通孔中，然后将螺栓锁紧套装入上曲轴箱的通孔中并同变截面螺杆通过螺纹旋紧进行装配实现对上曲轴箱和下曲轴箱的缝合，大大提高了结构的可靠性。
本发明的技术方案：
一种变截面发动机机体缝合螺栓结构，包括螺栓锁紧套、变截面螺杆、上曲轴箱和下曲轴箱。所述螺栓锁紧套的顶部一端有装配和拆卸时所使用的内六方螺帽，所述螺栓锁紧套上有同上曲轴箱相装配的光轴，所述螺栓锁紧套的光轴上有同变截面螺杆一端螺纹装配的螺纹盲孔；
所述变截面螺杆的一端有同螺栓锁紧套的螺纹盲孔相装配的上外螺纹，另一端有同下曲轴箱的螺纹孔相装配的下外螺纹；所述变截面螺杆的中部包括两段直径不同光杆，分别为靠近上外螺纹的小直径光杆和靠近下外螺纹的一侧的大直径光杆，所述大直径光杆的中部周向上有用于拆配时所使用的装夹面，所述大直径光杆与下外螺纹之间设有过渡圆弧，所述小直径光杆与大直径光杆之间设有过渡圆角；
所述上曲轴箱上有同螺栓锁紧套和变截面螺杆相装配的变截面通孔，所述下曲轴箱上有同变截面螺杆的下外螺纹相装配的螺纹盲孔。
所述上曲轴箱上有同螺栓锁紧套和变截面螺杆相装配的变截面通孔，所述下曲轴箱上有同变截面螺杆的下外螺纹相装配的螺纹盲孔；所述变截面螺杆通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱上，所述上曲轴箱安装在下曲轴箱上使变截面螺杆放置在上曲轴箱的通孔中，所述螺栓锁紧套装配在上曲轴箱的通孔中并同变截面螺杆通过螺纹旋紧装配实现上曲轴箱和下曲轴箱的缝合。
上述变截面发动机机体缝合螺栓结构的装配工艺，包括以下步骤：
a、确定螺栓锁紧套和变截面螺杆以及上曲轴箱与下曲轴箱连接部位的尺寸参数：根据发动机机体的结构尺寸和机体螺栓缝合部位的振动激励频率，首先采用有限元仿真计算方法确定机体螺栓缝合结构在安装状态下变截面螺杆的振动固有频率，通过优化螺栓锁紧套的长度与直径、变截面螺杆的长度和直径以及螺栓锁紧套的拧紧力矩，保证变截面螺杆在安装状态下的振动固有频率大于发动机工作时机体螺栓缝合部位的振动激励最高频率，然后，确定螺栓锁紧套的内六方螺帽和螺纹盲孔的尺寸，确定变截面螺杆的外螺纹和装夹面的尺寸，确定上曲轴箱同螺栓锁紧套和变截面螺杆相装配的通孔的尺寸，上曲轴箱同螺栓锁紧套之间为过盈配合或过渡配合，确定下曲轴箱同变截面螺杆的外螺纹相装配的螺纹盲孔的尺寸；
b、螺栓锁紧套和变截面螺杆以及上曲轴箱与下曲轴箱连接部位的加工：按照步骤a确定的螺栓锁紧套和变截面螺杆以及上曲轴箱与下曲轴箱连接部位的尺寸参数，进行螺栓锁紧套和变截面螺杆的加工，进行上曲轴箱和下曲轴箱连接部位的加工；
c、变截面螺杆与下曲轴箱的装配：将变截面螺杆通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱上，使变截面螺杆上直径较大的光杆的一端端面与下曲轴箱贴紧；
d、上曲轴箱同变截面螺杆和下曲轴箱的装配：将上曲轴箱安装在下曲轴箱上，保证步骤c中已安装在下曲轴箱上的变截面螺杆放置在上曲轴箱的通孔中。
e、螺栓锁紧套同上曲轴箱和变截面螺杆的装配：将螺栓锁紧套装入上曲轴箱的通孔中，用扳手夹住螺栓锁紧套的内六方螺帽，按照步骤a确定的螺栓锁紧套的拧紧力矩，通过螺栓锁紧套的内螺纹和变截面螺杆的外螺纹之间的旋紧装配将螺栓锁紧套同上曲轴箱、变截面螺杆装配在一起，实现对发动机机体上曲轴箱和下曲轴箱的缝合。
本发明的有益效果是：
本申请采用螺栓锁紧套与变截面螺杆相组合的螺栓连接结构，根据发动机的机体结构尺寸参数与振动激励频率特征，在确定螺栓锁紧套与变截面螺杆以及上曲轴箱和下曲轴箱连接部位尺寸的基础上，通过螺栓锁紧套和变截面螺杆以及上曲轴箱与下曲轴箱连接部位的加工与装配，可实现发动机机体上曲轴箱和下曲轴箱的可靠缝合。
螺栓锁紧套伸入到上曲轴箱的通孔中可以缩短变截面螺杆的长度，提高变截面螺杆在安装状态下的振动固有频率；同时，螺栓锁紧套和上曲轴箱的通孔之间为过盈配合或过渡配合，可以增加螺栓缝合结构在安装状态下的整体刚度，进一步提高螺栓缝合结构的振动固有频率。
螺栓锁紧套采用内六方螺帽，可以有效克服机体螺栓缝合结构的安装空间限制，便于螺栓缝合结构的装配与拆卸。采用变截面螺杆不仅可以充分利用机体螺栓缝合结构的安装空间，而且可以大幅度提高变截面螺杆的振动固有频率。
变截面螺杆与下曲轴箱在装配过程中使变截面螺杆上直径较大的光杆的一端端面与下曲轴箱贴紧，可以进一步提高变截面螺杆在安装状态下的振动固有频率。
上述措施的综合应用，可以显著提高机体缝合螺栓结构的振动固有频率，防止发动机在工作过程中变截面螺杆发生由于共振导致的疲劳断裂，能够显著提高机体缝合螺栓结构的可靠性。
附图说明
图1是螺栓锁紧套结构示意图。
图2是变截面螺杆结构示意图。
图3是变截面发动机机体缝合螺栓结构示意图。
1螺栓锁紧套 2变截面螺杆 3上曲轴箱 4下曲轴箱
5内六方螺帽 6光轴 7螺纹盲孔
8小直径光杆 9大直径光杆
10上外螺纹 11下外螺纹
12装夹面 13过渡圆弧
14过渡圆角
具体实施方式
一种变截面发动机机体缝合螺栓结构，包括螺栓锁紧套1、变截面螺杆2、上曲轴箱3和下曲轴箱4。所述螺栓锁紧套1的顶部一端有装配和拆卸时所使用的内六方螺帽5，所述螺栓锁紧套1上有同上曲轴箱3相装配的光轴6，所述螺栓锁紧套1的光轴上有同变截面螺杆2的上外螺纹10相装配的螺纹盲孔7，如图1所示；所述变截面螺杆2的一端有同螺栓锁紧套1的螺纹盲孔7相装配的上外螺纹10，所述变截面螺杆2的另一端有同下曲轴箱4的螺纹孔相装配的下外螺纹11，所述变截面螺杆2的中部为两段直径不同的小直径光杆8和大直径光杆9，所述变截面螺杆2直径较大的大直径光杆9靠近下外螺纹11的一侧，所述变截面螺杆2的大直径光杆9上有用于拆配时所使用的装夹面12，所述变截面螺杆2的大直径光杆9与下外螺纹11之间有过渡圆弧13，所述变截面螺杆2的小直径光杆8与大直径光杆9之间有过渡圆角14，如图2所示；所述上曲轴箱3上有同螺栓锁紧套1和变截面螺杆2相装配的变截面通孔，所述下曲轴箱4上有同变截面螺杆2的下外螺纹11相装配的螺纹盲孔；所述变截面螺杆2通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱4上，所述上曲轴箱3安装在下曲轴箱4上使变截面螺杆2放置在上曲轴箱3的通孔中，所述螺栓锁紧套1装配在上曲轴箱3的通孔中并同变截面螺杆2通过螺纹旋紧装配实现上曲轴箱3和下曲轴箱4的缝合，如图3所示。
上述变截面发动机机体缝合螺栓结构的装配工艺，包括以下步骤：
a、确定螺栓锁紧套1和变截面螺杆2以及上曲轴箱3与下曲轴箱4连接部位的尺寸参数：根据发动机机体的结构尺寸和机体螺栓缝合部位的振动激励频率，首先采用有限元仿真计算方法确定机体螺栓缝合结构在安装状态下变截面螺杆的振动固有频率，通过优化螺栓锁紧套1的长度与直径、变截面螺杆2的长度和直径以及螺栓锁紧套1的拧紧力矩，保证变截面螺杆2在安装状态下的振动固有频率大于发动机工作时机体螺栓缝合部位的振动激励最高频率，然后，确定螺栓锁紧套1的内六方螺帽和螺纹盲孔的尺寸，确定变截面螺杆2的外螺纹和装夹面12的尺寸，确定上曲轴箱3同螺栓锁紧套1和变截面螺杆2相装配的通孔的尺寸，上曲轴箱3同螺栓锁紧套1之间为过盈配合或过渡配合，确定下曲轴箱4同变截面螺杆2的下外螺纹11相装配的螺纹盲孔的尺寸；
例如，某发动机机体螺栓缝合部位的振动激励最高频率为1250Hz，根据该发动机机体的结构尺寸和机体螺栓缝合部位的振动激励频率特征，结合机体缝合螺栓结构在安装状态下变截面螺杆2的振动固有频率的有限元仿真计算结果，通过对螺栓锁紧套1的长度与直径、变截面螺杆2的长度和直径以及螺栓锁紧套1的拧紧力矩的优化，确定的螺栓锁紧套1同上曲轴箱3通孔配合的光轴直径为Ф25mm、长度为50mm，确定的螺栓锁紧套1的内六方螺帽外径为Ф36mm、内径为确定的Ф18mm，确定的螺栓锁紧套1的螺纹盲孔尺寸为M14×1、深度为32mm，确定的变截面螺杆2同螺栓锁紧套1相装配上外螺纹10的尺寸为M14×1、长度为30mm，确定的变截面螺杆2同下曲轴箱4相装配下外螺纹11的尺寸为M14×1、长度为28mm，确定的变截面螺杆2上靠近下曲轴箱4的大直径光杆9的直径为Ф26mm、长度为40mm，确定的变截面螺杆2上靠近螺栓锁紧套1的小直径光杆8的直径为Ф14mm、长度为105mm，确定的上曲轴箱3同螺母套光轴相装配的通孔直径为Ф25mm、深度为52mm，确定的上曲轴箱3同变截面螺杆2上靠近螺栓锁紧套1的光杆相装配的通孔直径为Ф15mm、深度为104mm，确定的上曲轴箱3同变截面螺杆2上靠近下曲轴箱4的大直径光杆9相装配的通孔直径为Ф28mm、深度为44mm，确定的下曲轴箱4的螺纹盲孔的尺寸为M14×1、深度为32mm；
b、螺栓锁紧套1和变截面螺杆2以及上曲轴箱3与下曲轴箱4连接部位的加工：按照步骤a确定的螺栓锁紧套1和变截面螺杆2以及上曲轴箱3与下曲轴箱4连接部位的尺寸参数，进行螺栓锁紧套1和变截面螺杆2的加工，进行上曲轴箱3和下曲轴箱4连接部位的加工；
c、变截面螺杆2与下曲轴箱4的装配：将变截面螺杆2通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱4上，使变截面螺杆2上直径较大的大直径光杆9的一端端面与下曲轴箱4贴紧；
d、上曲轴箱3同变截面螺杆2和下曲轴箱4的装配：将上曲轴箱3安装在下曲轴箱4上，保证步骤c中已安装在下曲轴箱4上的变截面螺杆2放置在上曲轴箱3的通孔中；
e、螺栓锁紧套1同上曲轴箱3和变截面螺杆2的装配：将螺栓锁紧套1装入上曲轴箱3的通孔中，用扳手夹住螺栓锁紧套1的内六方螺帽，按照步骤a确定的螺栓锁紧套1的拧紧力矩，通过螺栓锁紧套1的内螺纹和变截面螺杆2的上外螺纹10之间的旋紧装配将螺栓锁紧套1同上曲轴箱3、变截面螺杆2装配在一起，实现对发动机机体上曲轴箱3和下曲轴箱4的缝合。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变截面发动机机体缝合螺栓结构，其特征在于：包括螺栓锁紧套(1)、变截面螺杆(2)、上曲轴箱(3)和下曲轴箱(4)；
所述螺栓锁紧套(1)的顶部一端设有方便装配和拆卸的内六方螺帽(5)，所述螺栓锁紧套(1)上有同上曲轴箱(3)相装配的光轴(6)，所述螺栓锁紧套(1)的光轴(6)上有同变截面螺杆(2)一端螺纹装配的螺纹盲孔(7)；
所述变截面螺杆(2)的一端有同螺栓锁紧套(1)的螺纹盲孔(7)相装配的上外螺纹(10)，另一端有同下曲轴箱(4)的螺纹孔相装配的下外螺纹(11)；所述变截面螺杆(2)的中部包括两段直径不同光杆，分别为靠近上外螺纹(10)的小直径光杆(8)和靠近下外螺纹(11)的一侧的大直径光杆(9)，所述大直径光杆(9)的中部周向上有用于拆配时所使用的装夹面(12)，所述大直径光杆(9)与下外螺纹(11)之间设有过渡圆弧(13)，所述小直径光杆(8)与大直径光杆(9)之间设有过渡圆角(14)；
所述上曲轴箱(3)上有同螺栓锁紧套(1)和变截面螺杆(2)相装配的变截面通孔，所述下曲轴箱(4)上有同变截面螺杆(2)的下外螺纹(11)相装配的螺纹盲孔。
2.根据权利要求1所述的一种变截面发动机机体缝合螺栓结构，其特征在于：所述变截面螺杆(2)通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱(4)上，所述上曲轴箱(3)安装在下曲轴箱(4)上使变截面螺杆(2)放置在上曲轴箱(3)的通孔中，所述螺栓锁紧套(1)装配在上曲轴箱(3)的通孔中并同变截面螺杆(2)通过螺纹旋紧装配实现上曲轴箱(3)和下曲轴箱(4)的缝合。
3.根据权利要求1所述的变截面发动机机体缝合螺栓结构的装配工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、确定螺栓锁紧套(1)和变截面螺杆(2)以及上曲轴箱(3)与下曲轴箱(4)连接部位的尺寸参数；
b、螺栓锁紧套(1)和变截面螺杆(2)以及上曲轴箱(3)与下曲轴箱(4)连接部位的加工；
c、变截面螺杆(2)与下曲轴箱(4)的装配；
d、上曲轴箱同变截面螺杆(2)和下曲轴箱(4)的装配；
e、螺栓锁紧套(1)同上曲轴箱(3)和变截面螺杆(2)的装配。
4.根据权利要求3所述的装配工艺，其特征在于：在步骤a中，根据发动机机体的结构尺寸和机体螺栓缝合部位的振动激励频率，首先采用有限元仿真计算方法确定机体螺栓缝合结构在安装状态下变截面螺杆(2)的振动固有频率，通过优化螺栓锁紧套(1)的长度与直径、变截面螺杆(2)的长度和直径以及螺栓锁紧套(1)的拧紧力矩，使变截面螺杆(2)在安装状态下的振动固有频率大于发动机工作时机体螺栓缝合部位的振动激励最高频率，然后，确定螺栓锁紧套(1)的内六方螺帽和螺纹盲孔的尺寸，确定变截面螺杆(2)的上、下两个外螺纹和装夹面(12)的尺寸，确定上曲轴箱(3)同螺栓锁紧套1和变截面螺杆(2)相装配的通孔的尺寸，上曲轴箱(3)同螺栓锁紧套(1)之间为过盈配合或过渡配合，确定下曲轴箱(4)同变截面螺杆(2)的下外螺纹11相装配的螺纹盲孔的尺寸。
5.根据权利要求3所述的装配工艺，其特征在于：在步骤c中，将变截面螺杆(2)通过螺纹旋紧装配在下曲轴箱(4)上，使大直径光杆(9)一端端面与下曲轴箱(4)贴紧。
6.根据权利要求3所述的装配工艺，其特征在于：在步骤d中，将上曲轴箱(3)安装在下曲轴箱(4)上，使步骤c中已安装在下曲轴箱(4)上的变截面螺杆(2)放置在上曲轴箱(3)的通孔中。
7.根据权利要求3所述的装配工艺，其特征在于：在步骤e中，将螺栓锁紧套(1)装入上曲轴箱(3)的通孔中，用扳手夹住螺栓锁紧套(1)的内六方螺帽，按照步骤a确定的螺栓锁紧套(1)的拧紧力矩，通过螺栓锁紧套(1)的内螺纹和变截面螺杆(2)的上外螺纹(10)之间的旋紧装配将螺栓锁紧套(1)同上曲轴箱(3)、变截面螺杆(2)装配在一起，实现对发动机机体上曲轴箱和下曲轴箱的缝合。
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